DARIUSZ SOBCZYŃSKI 1, JACEK BARTMAN 2

Podobne dokumenty
Quasi rezonansowy przekształtnik podwyższający napięcie z dławikiem sprzężonym

ZAPOROWY QUASI REZONANSOWY PRZEKSZTAŁNIK PODWYŻSZAJĄCY NAPIĘCIE

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA

Dwukierunkowy przekształtnik DC/AC/DC z izolacją galwaniczną i rezonansem szeregowym

MIERNICTWO WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH I NIEELEKTRYCZNYCH

OBWODY PRĄDU SINUSOIDALNEGO

ZASTOSOWANIE AGREGATU PRĄDOTWÓRCZEGO I PRZEMIENNIKA CZĘSTOTLIWOŚĆI DO ROZRUCHU SILNIKA POMPY WODY ZASILAJĄCEJ W WARUNKACH AWARII KATASTROFALNEJ

ĆWICZENIE 3 REZONANS W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH

2 Przykład C2a C /BRANCH C. <-I--><Flux><Name><Rmag> TRANSFORMER RTop_A RRRRRRLLLLLLUUUUUU 1 P1_B P2_B 2 S1_B SD_B 3 SD_B S2_B

Stabilizatory impulsowe

WYDZIAŁ FIZYKI, MATEMATYKI I INFORMATYKI POLITECHNIKI KRAKOWSKIEJ Instytut Fizyki LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI, ELEKTRONIKI I MIERNICTWA

WYKŁAD 11 OPTYMALIZACJA WIELOKRYTERIALNA

Badanie przekształtnika impulsowego DC/DC obniżającego napięcie

Wpływ błędów parametrów modelu maszyny indukcyjnej na działanie rozszerzonego obserwatora prędkości

* ZESTAW DO SAMODZIELNEGO MONTAŻU *

Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej, Zakład Energoelektroniki i Sterowania Laboratorium energoelektroniki

Ćwiczenie 1. Symulacja układu napędowego z silnikiem DC i przekształtnikiem obniżającym.

Wzmacniacze tranzystorowe prądu stałego

Pomiar indukcyjności.

Przekształtnikowe źródło energii elektrycznej z silnikiem spalinowym sterowane z wykorzystaniem neuronowego regulatora napięcia obwodu pośredniczącego

MONITORING STACJI FOTOWOLTAICZNYCH W ŚWIETLE NORM EUROPEJSKICH

Generator indukcyjny z falownikami wielopoziomowymi współpracujący z siecią elektroenergetyczną

SYSTEMY ELEKTROMECHANICZNE

PASYWNE UKŁADY DOPASOWANIA IMPEDANCJI OBCIĄŻENIA INDUKCYJNIE NAGRZEWANEGO WSADU

BADANIE SILNIKA WYKONAWCZEGO PRĄDU STAŁEGO

LABORATORIUM ELEKTRONIKI

Zaznacz właściwą odpowiedź

POMIAR PĘTLI HISTEREZY MAGNETYCZNEJ

Zaznacz właściwą odpowiedź (właściwych odpowiedzi może być więcej niż jedna)

Uwagi: LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW. Ćwiczenie nr 16 MECHANIKA PĘKANIA. ZNORMALIZOWANY POMIAR ODPORNOŚCI MATERIAŁÓW NA PĘKANIE.

REGULATOR PRĄDU SPRĘŻYNY MAGNETYCZNEJ CURRENT REGULATOR OF MAGNETIC SPRING

KOLOKACJA SYSTEMÓW BEZPRZEWODOWYCH NA OBIEKTACH MOBILNYCH

Motywacje stosowania impulsowych przetwornic transformatorowych wysokiej częstotliwości

PRZEKSZTAŁTNIK REZONANSOWY W UKŁADACH ZASILANIA URZĄDZEŃ PLAZMOWYCH

Właściwości przetwornicy zaporowej

STANDARDY EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ DO POWIETRZA Z PROCESÓW ENERGETYCZNEGO SPALANIA PALIW ANALIZA ZMIAN

ZWIĄZEK FUNKCJI OMEGA Z DOMINACJĄ STOCHASTYCZNĄ

MODELOWANIE PRĄDÓW WIROWYCH W ŚRODOWISKACH SŁABOPRZEWODZĄCYCH PRZY WYKORZYSTANIU SKALARNEGO POTENCJAŁU ELEKTRYCZNEGO

Badanie właściwości magnetyczne ciał stałych

Generator funkcyjny DDS MWG20 1Hz-20MHz

Sterowanie nieholonomicznym manipulatorem z zastosowaniem funkcji transwersalnych

Podstawowe konstrukcje tranzystorów bipolarnych

PROBLEMY WYZNACZANIA PARAMETRÓW UKŁADU ZASTĘPCZEGO ODBIORNIKÓW ELEKTROENERGETYCZNYCH NA PODSTAWIE POMIARU SZCZEGÓLNYCH WARTOŚCI CHWILOWYCH PRZEBIEGÓW

Dobór współczynnika modulacji częstotliwości

13 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

należą do grupy odbiorników energii elektrycznej idealne elementy rezystancyjne przekształcają energię prądu elektrycznego w ciepło

PRZEKSZTAŁTNIK PODWYŻSZAJĄCY NAPIĘCIE Z DŁAWIKIEM SPRZĘŻONYM DO ZASTOSOWAŃ W FOTOWOLTAICE

Przekształtniki DC/DC

WYKŁAD 1. W przypadku zbiornika zawierającego gaz, stan układu jako całości jest opisany przez: temperaturę, ciśnienie i objętość.

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

IMPULSOWY PRZEKSZTAŁTNIK ENERGII Z TRANZYSTOREM SZEREGOWYM

Przetwornice napięcia. Stabilizator równoległy i szeregowy. Stabilizator impulsowy i liniowy = U I I. I o I Z. Mniejsze straty mocy.

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Stabilizatory ciągłe

ELEKTROMAGNETYCZNE DRGANIA WYMUSZONE W OBWODZIE RLC. 1. Podstawy fizyczne

Przetwornica SEPIC. Single-Ended Primary Inductance Converter z przełączanym jednym końcem cewki pierwotnej Zalety. Wady

Podstawowe konfiguracje wzmacniaczy tranzystorowych

Przekształtniki impulsowe prądu stałego (dc/dc)

Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze SIECI 2004 V Konferencja Naukowo-Techniczna

Ćw. 27. Wyznaczenie elementów L C metoda rezonansu

PRZEKSZTAŁTNIKI REZONANSOWE

STRUKTURA STEROWANIA UKŁADEM TRÓJMASOWYM Z REGULATOREM STANU

PRĄD ELEKTRYCZNY I SIŁA MAGNETYCZNA

PL B1. GRZENIK ROMUALD, Rybnik, PL MOŁOŃ ZYGMUNT, Gliwice, PL BUP 17/14. ROMUALD GRZENIK, Rybnik, PL ZYGMUNT MOŁOŃ, Gliwice, PL

Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej, Zakład Energoelektroniki i Sterowania Laboratorium energoelektroniki

Wyłączanie prądów zwarciowych przez wyłączniki szybkie w podstacjach trakcyjnych

Ćwiczenie: "Właściwości wybranych elementów układów elektronicznych"

DZIAŁANIE MECHANIZMÓW BRONI AUTOMATYCZNEJ Z ODPROWADZENIEM GAZÓW PO ZATRZYMANIU TŁOKA GAZOWEGO

Przerywacz napięcia stałego

Obserwator prędkości obrotowej silnika indukcyjnego oparty na uproszczonych równaniach dynamiki modelu zakłóceń

Zależność natężenia oświetlenia od odległości

E 6.1. Wyznaczanie elementów LC obwodu metodą rezonansu

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

XXXVII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne

Elektronika przemysłowa

Aktywny rozdzielacz zasilania x3 LM317

Przetwornica mostkowa (full-bridge)

Przygotowanie do Egzaminu Potwierdzającego Kwalifikacje Zawodowe

Zasilacz stabilizowany ZS2,5

PRZEMIANA ENERGII ELEKTRYCZNEJ W CIELE STAŁYM

PL B1. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL BUP 10/16. JAROSŁAW GUZIŃSKI, Gdańsk, PL PATRYK STRANKOWSKI, Kościerzyna, PL

Tester elementów elektronicznych M328

Podstawowe konfiguracje wzmacniaczy tranzystorowych

4.8. Badania laboratoryjne

Część 4. Zmiana wartości napięcia stałego. Stabilizatory liniowe Przetwornice transformatorowe

1. W gałęzi obwodu elektrycznego jak na rysunku poniżej wartość napięcia Ux wynosi:

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

Teoria Przekształtników - kurs elementarny

Część 4. Zmiana wartości napięcia stałego. Stabilizatory liniowe Przetwornice transformatorowe

Indukcyjność. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

OKREŚLANIE WARTOŚCI MOMENTU STATYCZNEGO DLA STANU NIERUCHOMEGO WAŁU SILNIKA INDUKCYJNEGO W PRZEKSZTAŁTNIKOWYM UKŁADZIE NAPĘDOWYM DŹWIGU

Przekształtniki napięcia stałego na stałe

PRZEKSZTAŁTNIKI SIECIOWE zadania zaliczeniowe

Wzmacniacze operacyjne

ELEMENTY UKŁADÓW ENERGOELEKTRONICZNYCH

PL B1. Sposób podgrzewania żarników świetlówki przed zapłonem i układ zasilania świetlówki z podgrzewaniem żarników

Teoria Przekształtników - kurs elementarny

Przepięcia i sieci odciążające

MGR Prądy zmienne.

Ćwiczenie 2a. Pomiar napięcia z izolacją galwaniczną Doświadczalne badania charakterystyk układów pomiarowych CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

Transkrypt:

Wydawnictwo UR 2016 ISSN 2080-9069 ISSN 2450-9221 online Edukacja Technika Infomatyka n 4/18/2016 www.eti.zeszow.pl DOI: 10.15584/eti.2016.4.53 DARIUSZ SOBCZYŃSKI 1, JACEK BARTMAN 2 Model symulacyjny pzeciwsobnego pzekształtnika DC/DC podwyższającego napięcie z szeegowym obwodem ezonansowym The simulation model of push-pull DC/DC step-up voltage convete with the seies esonant cicuit 1 Dokto inżynie, Politechnika Rzeszowska, Wydział Elektotechniki i Infomatyki, Kateda Enegoelektoniki, Elektoenegetyki i Systemów Złożonych, Polska 2 Dokto inżynie, Uniwesytet Rzeszowski, Wydział Matematyczno-Pzyodniczy, Kateda Inżynieii Komputeowej, Polska Steszczenie Celem pacy było wykonanie symulacji pzeciwsobnego pzekształtnika DC/DC podwyższającego napięcie z szeegowym obwodem ezonansowym. Wykonano badania symulacyjne układu otwatego za pomocą pogamu PSIM. Końcowym etapem było pzepowadzenie analizy wyników symulacji. Słowa kluczowe: pzekształtnik enegoelektoniczny, pzekształtnik pzeciwsobny. Abstact The aim of this thesis was the ealization of simulation of DC/DC push-pull convete fo voltage step up with seies esonant. Thee wee pefomed simulation eseaches of open cicuit in PSIM. The final stage was the analysis of simulation esults. Key wods: powe electonics convete, push-pull convete. Wstęp W wielu zastosowaniach wykozystywane są zasilacze impulsowe o dużym wzmocnieniu napięciowym. Genealnie tam, gdzie wykozystywane są akumulatoy, napięcie po stonie piewotnej nie jest wysokie i stąd potzeba jego dopasowania do poziomu wymaganego pzez zasilany odbionik, w wielu pzypadkach znacznie pzekaczający poziom źódeł enegii. Również badzo istotna jest spawność układu ze względu na oganiczone zasoby enegii zgomadzonej w niskonapięciowych magazynach enegii. Tego typu pzekształtniki wykozy- 400

stywane są szczególnie w systemach enegetycznych wykozystujących odnawialne źódła enegii, ogniwa paliwowe, systemy zasilania gwaantowanego UPS czy też w układach napędowych stosowanych w samochodach [Malska, Buczek 2010: 4; Binkowski 2015: 1]. Dlatego pzekształtniki DC/DC o wysokiej spawności i dużym wzmocnieniu napięciowym są badzo pożądane. Ze względu na niskie napięcie źódła enegii pzez elementy pzekształtnika pzepływa pąd o znacznym natężeniu, wpływając na watość stat mocy [Kupa i in 2012: 2]. W atykule pzedstawiono wyniki badań symulacyjnych pzekształtnika DC/DC typu BOOST w topologii pzeciwsobnej. Zadaniem analizowanego pzekształtnika jest podwyższenie watości napięcia niskonapięciowego źódła do poziomu napięcia odbionika z jak najmniejszymi statami mocy. Istnieje wiele ozwiązań mogących spełniać pzedstawione wymogi, jednakże osiągane jest to pzy badzo dużym współczynniku wypełnienia impulsów D, dużej złożoności układu oaz znacznych kosztach poponowanych ozwiązań [Silva i in. 2009: 5]. Wykozystanie pzekształtnika pzeciwsobnego ze spzężonymi indukcyjnościami pozwala na osiągnięcie dużego wzmocnienia napięciowego pzy zachowaniu wysokiej spawności pzekształtnika i niedużego współczynnika wypełnienia impulsów. Wybó topologii pzekształtnika podwyższającego napięcie w układzie pzeciwsobnym Jak wspomniano we wstępie, paca z dużym współczynnikiem wypełnienia impulsów powoduje, że element aktywny pzekształtnika musiałby pacować z dużymi watościami pądów (wejście niskonapięciowe) pzy jednocześnie dużych watościach napięcia (wyjście wysokonapięciowe), co paktycznie wyklucza możliwość zastosowania takiego ozwiązania. Mamy więc do czynienia z wieloma negatywnymi zagadnieniami występującymi w podstawowej topologii pzekształtnika podwyższającego napięcie, jak np. duża watość pądu wstecznego diody występującej w obwodzie pzekształtnika (ys. 1), staty enegii tanzystoa związane z głównie z pocesami łączeniowymi, występowanie indukcyjności ozposzenia o znacznej watości, któa indukuje napięcie o dużej watości oaz stomości na łączniku aktywnym, w końcu występowanie dużych stomości pądów w elementach półpzewodnikowych. Rys. 1. Podstawowa topologia pzekształtnika DC/DC podwyższającego napięcie 401

Rozwiązaniem wymienionych poblemów jest zastosowanie pzekształtnika w układzie pzeciwsobnym (ys. 2). Układ taki spełnia waunek zapewnienia dużej gęstości mocy, co możliwe jest do zealizowania dzięki wysokiej częstotliwości pzełączania. Liczne zalety wysokiej częstotliwości łączeń, takie jak zmniejszenie ciężau elementów pasywnych (cewki, tansfomatoy), są oganiczona pzez staty mocy na elementach półpzewodnikowych. Stąd wysoka częstotliwość pzełączania ma zastosowanie tylko wtedy, gdy staty pzełączania będą zedukowane. Osiąga się to pzez zastosowanie technik ezonansowych z pzełączaniem pzy zeowym napięciu (ZVS) lub pzełączaniem pzy zeowym pądzie (ZCS) [Liu, Lee 1990: 3]. Rys. 2. Pzekształtnik DC/DC podwyższający napięcie w układzie pzeciwsobnym Zapoponowano zmodyfikowaną wesję pzekształtnika z szeegowym obwodem ezonansowym pozwalającą na pzełączanie pzy zeowym napięciu (ZVS), któą pokazano na ys. 3. Pzedstawioną topologię cechuje zastosowanie kondensatoów i cewek w obwodach łączników enegoelektonicznych pozwalających na uzyskanie obwodu ezonansowego. Łączniki aktywne (IGBT1 i IGBT22) są włączone napzemiennie. Czas załączenia jest tak dobany, iż pąd płynący pzez cewki i uzwojenia tansfomatoa nie powoduje nasycenia dzenia. Enegia ze źódła jest pzekazywana popzez tansfomato wysokoczęstotliwościowy do obciążenia. Występowanie indukcyjności magnesowania tansfomatoa pomaga w utzymaniu stałej watości pądu wyjściowego. Cewki (L 1 i L 2 ) i kondensatoy (C 1 i C 2 ) twozą szeegowy układ ezonansowy. W zapoponowanej topologii zachodzi tzw. miękkie pzełączania zaówno elementu aktywnego (tanzysto), jak i pasywnego (dioda), dodatkowo następuje złagodzenie poblemów związanych z odzyskiwaniem własności zapoowych pzez diodę (watość i stomość pądu wstecznego). 402

Rys. 3. Pzeciwsobny pzekształtnik DC/DC podwyższający napięcie z szeegowym obwodem ezonansowym Badania symulacyjne Badania symulacyjne pzepowadzano w obwodzie pzedstawionym na ys. 3. Pzyjęte następujące paamety: napięcie wejściowe U we = 37 V; pzekładnia tansfomatoa n = 5; indukcyjność w obwodzie stałopądowym L DC = 4,7 mh; pojemność w obwodzie stałopądowym C DC = 220 uf; częstotliwość pzełączania: fs = 60 khz. Do obliczenia paametów obwodu ezonansowego wykozystano następujące założenia: w celu umożliwienia pzełączania elementów półpzewodnikowych pzy zeowym napięciu (ZVS) powinien być spełniony waunek I m Z 0 > 2U DC => Z0 = 25 (założono), impedancja chaakteystyczna Z 0 = / L C, częstotliwość ezonansowa f o = 1/2 / L C. Wykozystując pzedstawione zależności, obliczono watości pojemności kondensatoów C 1 = C 2 = 0.042 μf i indukcyjności L 1 = L 2 = 36 μh dla obwodu ezonansowego. 403

Rys. 4. Wyniki badań symulacyjnych: pzebiegi napięcia UDC i pądu wyjściowego IDC Rys. 5. Wyniki badań symulacyjnych: pzebiegi napięcia na kondensatoze UC1 i cewce UL2 obwodu ezonansowego Rys. 6. Wyniki badań symulacyjnych: pzebiegi mocy chwilowej I(IGBT2)*UC1 i stat mocy czynnej AVG(I(IGBT2)*UC1) na łączniku n 2 404

Napięcie wejściowe z poziomu 37 V jest podnoszone do watości 185 V (ys. 4). Zmiany watości napięcia na elementach obwodu ezonansowego pzedstawiono na ys. 5. Maksymalna watość napięcia kondensatoa obwodu ezonansowego wynosi ok. 2/3 watości napięcia wyjściowego. Z pzebiegów pzedstawionych na ys. 6 wynika z kolei, że staty mocy związane z pocesami łączeniowymi półpzewodnikowych elementów enegoelektonicznych są paktycznie zeowe. Podsumowanie Celem pacy było pzepowadzenie badań symulacyjnych pzeciwsobnego pzekształtnika DC/DC podwyższającego napięcie z szeegowym obwodem ezonansowym. Na podstawie otzymanych pzebiegów można stwiedzić następujące zalety zapoponowanej stuktuy: popawne pzełączanie pzy zeowym napięciu łącznika z wykozystaniem enegii zgomadzonej w indukcyjności filtów; czas ustabilizowania się napięcia wyjściowego, tzn. czas niezbędny do uzyskania zadanego poziomu napięcia wyjściowego, jest kótki. Liteatua Binkowski T. (2015), Univesal High Speed Induction Moto Dive, Analysis and Simulation of Electical and Compute Systems, Spinge Intenational Publishing. Kupa A. (2012), Ekspeymentalne poównanie pzekształtników dc/dc podwyższających napięcie do zastosowania w fotowoltaice, Elektyka z. 3 4. Liu K.H., Lee F.C.Y. (1990), Zeo-Voltage Switching Technique in DC/DC Convetes, IEEE Tansactions on Powe Electonics vol. 5, no. 3. Malska W., Buczek K. (2010), Wykozystanie enegoelektoniki w odnawialnych źódłach enegii, Lviv Polytechnic National Univesity. Technical News z. 1(31), 2(32). Silva F., Feitas A., Dahe S., Ximenes S., Sousa S., Junio E., Antunes F., Cuz C. (2009), High Gain DC-DC Boost Convete With a Coupling Inducto, IEEE. 405